门电路学习教程.pptx

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1、1第二章 门电路2.1 概述2.2 半导体二极管和三极管的开关特性2.3 最简单的与、或、非门电路2.4 TTL门电路 *2.5 其他类型的双极型数字集成电路2.6 CMOS门电路2.7 其他类型的MOS集成电路2.8 TTL电路与CMOS电路的接口第1页/共88页2用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路。基本逻辑门电路与门、或门、非门常用门电路与门、或门、非门与非门、或非门、与或非门、异或、同或在电子电路中，用高、低电平分别表示1 1和0 0两种逻辑状态。2.1 2.1 概述第2页/共88页3一、正逻辑与负逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表

2、示逻辑1，用高电平表示逻辑0正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于负逻辑或门等。ABY000010100111ABY111101011000正与门负或门VAVBVY0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3V用正逻辑用负逻辑第3页/共88页4在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管,电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。逻辑电平高电平VH：大于给定电平值的电压范围（2V5V）输入高电平VIH 输出高电平VOH低电平VL：小于给定电平值的电压范围（0V0.8V）输入

3、低电平VIL 输出低电平VOL第4页/共88页5 高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。正逻辑015V2V0.8V0V负逻辑015V2V0.8V0V第5页/共88页6VI控制开关S的断、通情况。S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。获得高、低输出电平的原理图如下：VISVCCVOVISVIS理想开关：开关闭合时：R=0 V=0开关断开时：R=I=0开关时间：t=0实际使用的开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件。这些电子器件作为开关使用时，也是从这三个方面讨论其开关特性。第6页/共88页7一、二

4、极管符号2.2半导体二极管和三极管的开关特性2.2.1半导体二极管开关特性二极管特性：单向导电性在数字电路中，使用二极管的正向导通区（开关闭合）和反向截止区（开关断开）vi反向截止正向导通反向击穿VONSVIVccVoDR开关电路伏安特性第7页/共88页8二、二极管等效电路 应用于二极管外电路电阻R值与其动态rD 电阻等量级场合应用于二极管电路输入电压V正向幅值与VON差别不大，且RrD的场合，数字电路属于此类 应用于二极管电路输入电压 V V正向峰值V VPPPPVVONON，且RrRrD D 的场合第8页/共88页9导通条件及特点条件：VD0.7V特点：相当于0.7V压降的闭合开关二极管开

5、关特性VI=0SVONIS开关时间t0截止条件及特点截止条件及特点 条件：条件：VD0V时，若Vbe一定，则发射电子能力一定，而集电极又有一定的电子收集能力，因此Ib必减小输入特性RCRBVi+VccVo第13页/共88页14输出特性饱和区：VbeVON，VbcVON，发射结、集电结均正向偏置；由于RC的存在，IC越大，VRC也越大，Vce减小，Vce减小到一定值后，IC基本不变。Ic Ib截止区：一般地，VbeVON，Vbc Ics/=IBS特点：VBE=0.7V,VCES=0.3V相当于两个闭合开关截止条件及特点截止条件及特点 条件：条件：VBE0becbec0.7V0.3V第15页/共8

6、8页16三极管开关电路：+V+T123cbeRcRbCCVIIBICVO设输入电压VIH=5V，VIL=0V，VCC=5V，RC=1K，Rb=3.3k，三极管的Vbe=0.7V,Vces=0.3V，=20，试计算输入高低电平时对应的输出电平。IBIBS 三极管饱和导通1.VI=VIH=5V时假设三极管饱和导通，则有：Vbe=0.7V,Vces=0.3V 第16页/共88页172.VI=VIL=0V时Vbe=0V0V=0V+VCC=12V+T123RRbIVCOV10k100k第20页/共88页21二、MOS管的开关特性1、MOS管的结构MOS管是金属氧化物半导体场效应管的简称。（MetalOx

7、ideSemiconductorFieldEffectTransistor）N沟道增强型场效应管(NMOS)源极栅极漏极衬底IG=0，ri=第21页/共88页22所以，场效应管可以看成是一个由电压VGS控制的开关形成导电沟道时的电压VGS叫做开启电压，用VGS(th)表示，也可以表示为VTN。这种类型的场效应管叫做N沟道增强型场效应管。N沟道增强型场效应管的开关特性：导通条件：导通条件：VGS VGS(th)特点：导通内阻特点：导通内阻RON1K1K相当于一个闭合开关相当于一个闭合开关截止条件：截止条件：VGS|VGS(th)|特点：导通内阻特点：导通内阻RON1K1K相当于一个闭合开关相当于

8、一个闭合开关截止条件：截止条件：|VGS|VGS(th)|特点：内阻特点：内阻ROFF=，ID0相相当于一个断开的开关当于一个断开的开关第24页/共88页25P沟道耗尽型场效应管(PMOS)第25页/共88页26目目前前，采采用用MOS管管的的逻逻辑辑集集成成电电路路主主要要有有三三类类：以以N沟沟道道增增强强型型管管构构成成的的NMOS电电路路，以以P沟沟道道增增强强型型管管构构成成的的PMOS电电路路以及以及用用PMOS和和NMOS两种管子构成互补的两种管子构成互补的CMOS电路电路。MOS管的基本开关电路设：VDD=12V,VTN=2V,VIL=0V,VIH=12V当Vi=ViL时，VG

9、S=ViLVT，MOS管处于导通状态，合理选择VDD和RD，使输出VO=VOLNMOS反相器第26页/共88页27为得到足够低的为得到足够低的VOL，要求，要求RD很大，在实际电路中，常用很大，在实际电路中，常用另一个另一个MOS管来做负载。管来做负载。VoViVDDTpTNCMOS反向器：由N沟道增强型MOS和P沟道增强型MOS互补而成。VGSN=0V0V=0V VTN，TN导通，V VGSPGSP=12V-12V=0V,=12V-12V=0V,TP截止,I,ID D=0;=0;输出VO=I=ID DR RONON=0=0V。第27页/共88页282.3 2.3 最简单的与、或、非门电路最简

10、单的与、或、非门电路2.3.1 二极管与门0V3VYABVCC=+5VD13kRD2&ABY=ABVAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3VABY00011011电压功能表真值表0.7V0.7V0.7V3.7V0001第28页/共88页29 2.3.2 二极管或门0V3VABYDD12R3kABY=A+B1电压功能表VAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3V真值表ABY000110110V2.3V2.3V2.3V0111第29页/共88页30二极管与门和或门电路的缺点：（1 1）由于二极管存在导通压降，在多个门串接使用时，会出现输出信号高、低电平的偏移。（2 2）负载能力差0V3VVcc=

11、+5VY3VD1D23kRR0.7V1.4V3kD2D1Vcc=+5V第30页/共88页312.3.3 三极管非门电路+Vcc+T123cbeRcRbViIBICVO电压功能表VIVO0V5V5V0.3V真值表AY0110AY=A1符号A1Y=A第31页/共88页32三极管非门电路：设输入电压VIH=5V，VIL=0V，VCC=5V，VEE=8V,RC=1K，R1=3.3k，R2=10k，三极管的Vbe=0.7V,Vces=0.1V，=20，试计算输入高低电平时对应的输出电平。IBIBS 三极管饱和导通1.VI=VIH=5V时假设三极管饱和导通，则有：Vbe=0.7V,Vces=0.1V I1

12、ICI2IB+VccAT123cbeRcR1VIVOR2VEEY第32页/共88页332.VI=VIL=0V时假设T截止，则IB=0,IC=0所以T截止成立IB=0，IC=0VO=VCCICRC=VCC=5VAY0110VIVO0V5V5V0.1VAY=A1I1ICI2IB+VccAT123cbeRcR1VIVOR2VEEY第33页/共88页34DTL与非门电路工作原理：（1）当A、B、C全接高电平5V时，二极管D1D3都截止，而D4、D5和T导通，且T为饱和导通，VL=0.3V=0.3V，即输出低电平。（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP1V，从而使D4、D5和T都截止，V

13、L=VCC=5V，即输出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系，即：第34页/共88页数字集成电路：数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。数字集成电路具有体积小、辑电路所需要的全部元件和连线。数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。TTL型电路：型电路：输入端和输出端都采用了三极管结构，称之输入端和输出端都采用了三极管结构，称之为为:三极管三极管-三极管逻辑电路（三极管逻辑电路（Transistor Transistor Logic），），简称为简称为TTL电路

14、。电路。2.4TTL门电路 按照集成度的高低，将集成电路分为以下几类：按照集成度的高低，将集成电路分为以下几类：小规模小规模集成电路：集成电路：100个以下个以下(元件和连线）元件和连线）(Small Scale Integration:SSI)中规模中规模集成电路：几百个（集成电路：几百个（Medium Scale Integration:MSI)大规模大规模集成电路：几千个集成电路：几千个 （Large Scale Integration:LSI)超大规模超大规模集成电路：一万个以上（集成电路：一万个以上（Very Large Scale Integration VLSI）第35页/共88

15、页2.4.1TTL反相器的电路结构和工作原理R3R2R1Vcc=+5v(Vo)123123D212313R4130A(VI)T1T5T4T24kYVC2Ve2输入级中间级输出级1.6k1kD1一、电路结构：以74系列TTL反相器的典型电路为例0.2V3.4V其中，D1是输入端钳位二极管，它既可以抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲，又可以防止输入电压为负时T1的发射极电流过大，起到保护作用，正常工作时，D1不起作用第36页/共88页37R3R2R1Vcc=+5v(Vo)123123D212313R4130A(VI)T1T5T4T24kYVC2Ve21.6k1k1、V1=0.2V时T1能够导通，V

16、B1=0.2+0.7=0.9V工作原理：T1深度饱和，VCES10VT2、T5截止，I IB2B2=I=IC2C200V VR2R20.2V,V0.2V,VB4B45V-0.2V=4.8V 5V-0.2V=4.8V T T4 4、D D2 2导通VO=VCCVR2VBE4VD2=50.20.70.7=3.4(V)0.9V0.2V4.8V0.2V第37页/共88页38R3R2R1Vcc=+5v(Vo)123123D212313R4130A(VI)T1T5T4T24kYVC2Ve21.6k1k2、V1=3.4V时VB1=3.4V+0.7V=4.1V(不考虑T2、T5)3.4V2.1V1.4V0.7

17、V1V显然，由于T2、T5的存在和PN结(VBE)的钳位作用，T2、T5导通，VB1=2.1V，VC1=1.4V，VE1=3.4VT1T1管倒置假设T2饱和导通则VCES20.3V，VC2=0.3+0.7=1VT2饱和导通T2饱和导通V VC2=1V，VB4=1V T4、D2截止IC5=0，T5深度饱和VO=VCES5=0.1V第38页/共88页39VIVO0.2V3.4V3.4V0.1VAY0110AY=A1工作特点：输出级在稳定状态下工作特点：输出级在稳定状态下T4和和T5总是一个导通而另一个总是一个导通而另一个截止，所以，截止，所以，TTL非门电路静态功耗低、驱动负载非门电路静态功耗低、

18、驱动负载的能力强。的能力强。总结：总结：V1=0.2V时：时：VO=3.4(V)V1=3.4V时：时：VO=0.1V第39页/共88页40AB段:当Vi0.7V时，Vb20.7V，T2和T5管截止，T4导通，输出为高电平VoH=VccVR2Vd2Vbe4 3.4V，故AB段称为截止区R3R2R1Vcc=+5v(Vo)123123D212313R4130A(VI)T1T5T4T24kYVC2Ve21.6k1k0.9V0.2V4.8V0.2VBC段:当0.7Vi1.3V时，T2管的发射极电阻R3直接接地，故T2管开始导通并处于放大状态，所以Vc2和Vo随Vi的增高而线性地降低。但T5管仍截止。故B

19、C段称为线性区。ABCVOVI0123321三、电压传输特性：1.4V0.7V4.8V0.7V2.1V1.4V1.0V1.4V第40页/共88页41CD段:当1.3VVi 1.4V2.1V1.4V0.7V1VDEDE段:Vi大于1.4V以后，Vb1被钳位在2.1V，T2和T5管均饱和，Vo=Vces5=0.1V,故DE段称为饱和区。AVOVI0123321BC第41页/共88页42（1）输出高电平电压VOH在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。VOH的理论值为3.4V，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V。（2）输出低电平电压VOL在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。VO

20、L的理论值为0.3V，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V。（3）关门电平电压VOFF是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平电压，用VIL（max）表示。规定VIL（max）=0.8V。（4）开门电平电压VON是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。即输入高电压的最小值。在产品手册中常称为输入高电平电压，用VIH（min）表示。规定VIH（min）=2V。几个重要参数第42页/共88页43（5）阈值电压VTH电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界

21、线。VTH又常被形象化地称为门槛电压。其值为1.3V1.VVOH（min）=2.4VVOL（max）=0.4VVIL（max）=VOFF=0.8VVIH（min）=VON=2VVTH1.VABCDEVOVI0123321VOHVOH(min)VOLVTHVOffVIL(max)VONVIH(min)VOL（max）第43页/共88页44三、输入端噪声容限输入低电平噪声容限：VNL=VOffVOLmax=0.8V0.4V=0.4V输入高电平噪声容限：VNH=VOHminVON=2.4V2V=0.4V保证输出高、低电平基本不变（在允许的范围内）的条件下，而允许的输入信号的波动范围称为输入端噪声容限

22、第44页/共88页452.4.2TTL反相器的静态输入特性和输出特性为了正确处理门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接为了正确处理门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接问题，必须了解门电路的输入特性和输出特性。问题，必须了解门电路的输入特性和输出特性。一、输入特性：IiR14k T1be2+VCCbe5Vi当Vi0.6v时，T2和T5管截止，Ii=IR1,当Vi=ViL=0.2v时输入低电平电流IIL为:VI=0时的输入电流叫做输入短路电流IIS当VIL增大时，|IIL|随之减小。当Vi大于1.4v以后，Ii转为正方向。当VI=VIH=3.4v时，此时的输入高电平电流IIH约为10 A。I

23、IH叫做输入漏电流，74系列的IIH40A第45页/共88页46Vi(V)Ii(mA)01.01.50.511.4IISIIH输入短路电流IIS流出T1，为负值，IIS=1.1mA输入低电平电流IIL=1mAIIS输入漏电流IIH流入T1，为正值，IIH40A输入特性曲线：第46页/共88页47二、输出特性：1.低电平输出特性低电平输出特性(灌电流灌电流)输出为低电平时，门电路输出端的输出为低电平时，门电路输出端的T5管饱和导通而管饱和导通而T4管截止。由于管截止。由于T5管饱和导通时管饱和导通时c-e间的电阻很小，所以负载间的电阻很小，所以负载电流电流iL增加时增加时VOL仅稍有升高。如下图

24、所示，一定范围内基仅稍有升高。如下图所示，一定范围内基本为线性关系。本为线性关系。低电平最大输出电流低电平最大输出电流 IL16mA第47页/共88页48NOL称为输出低电平时的扇出系数。b14KIL+VCC1D1截止5饱和TTR截止4c4R4Kb1R输出低电平IOLC5I=+VCCIL111IOLIILIIL当驱动门输出低电平时，电流从负载门灌入驱动门。当负载门的个数增加时，灌电流增大，VO=NILRON，输出低电平VO升高。因此，把允许灌入输出端的电流定义为输出低电平电流IOL产品规定IOL=16mA。由此可得出:IOL=NOLIIL第48页/共88页49111IIHIIHIOH|IOH|

25、=NOH IIHN NOHOH称为输出高电平时的扇出系数。一般NOLNOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用N表示。一般器件手册所给的高电平最大输出电流IOH 0.4mA2.高电平输出特性（拉电流）第49页/共88页50IIHIIHIOHIIH1111N个例2.4.1(P6768)已知VOH(min)=3.2V,VOL(max)=0.2V,IOH400A,IOL16mA，IIL=1mA,IIH=40A计算扇出系数N解：输出高电平时：N1|IOH|=N1IIIHIHN1=|IOH|/I/IIHIH400/40=10400/40=10输出低电平时：N2IOL=N2|I IILIL|N2=

26、IOL/|I IILIL|16/1=1616/1=16扇出系数N=10IOLIILIILIIL第50页/共88页51输入端串接电阻时对输入电压的影响接入电阻RP时，因为IR1流过RP,所以RP上必有电压VI,RP较小时，VI也较小三、输入端负载能力：RP=0时，VI=0，RP，VI但是，当VI=1.4V以后，T2、T5都导通，VB1被钳位在2.1V左右，所以，即使RP再增加，VI也不会再升高了。1.4V2KRPVI对TTL门电路，一般取RON=2K，ROFF=0.7K即RPRON时，VI相当于高电平；RPROFF时，VI相当于低电平第51页/共88页52例2.4.2(P69)已知VCC=5V，

27、VO1H=3.4V,VO1L=0.2V,IIL=1mA,IIH=40A，VI2H(min)=2.0V，VI2L(max)=0.8V计算RP的最大允许值。11G1G2RPV01Vi2解：VO1H=3.4V时，VI2H2.0VIIHVO1L=0.2V时，VI2L0.8V11G1G2RPV01Vi2IIL=1mA估算：第52页/共88页53VI=0.8V时，电流用IIL不太精确，可用IR1=IRP计算V01VI2RPR1第53页/共88页542.4.42.4.4、其他类型的TTL门电路1 1与非门一、其他逻辑功能的门电路ABY001011101110流出电流：|IIS|流入电流：2IIH第54页/共

28、88页552、或非门ABY001010100110流出电流：2|IIS|流入电流：2IIH第55页/共88页563、与或非门流出电流：2|IIS|流入电流：4IIHABCDY11*0*110第56页/共88页57在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，称为线与。二集电极开路门（OC门）BA&DC&YY1Y2普通的TTL门电路不能进行线与，为此，专门生产了一种可以进行线与的门电路：集电极开路门Y1Y2Y000110110001第57页/共88页58+VCC=5VY12312313ABT11.6K4K1KR1T2T5R2R3AYB&集电极开路门（OC门）注意：OC门必须外接合

29、适的负载电阻和电源才能正常工作。RLVCCABY001011101110VO=VCCVO=VCes5第58页/共88页59（1 1）实现线与。电路如右图所示，逻辑关系为:OC门主要有以下几方面的应用：（2 2）实现电平转换。如图示，可使输出高电平变为1010V。（3 3）用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路。+VBA&DC&RLCCYY1Y2第59页/共88页60OC门外接电阻RL的计算方法：（1）当所有OC门同时截止时，输出Vo为高电平n个OC门，m个负载门，m个输入端IIHIIH+V&RLCCVOHIIHnm&1IRLIOHIOH RL不能太大。RL为最大值时要保证输出电压为VOH（

30、min）IOH：输出漏电流IIH：输入漏电流第60页/共88页61RL不能太小。RL为最小值时要保证输出电压为VOL（max）RL（min）RLRL（max）（2）当输出低电平时+V&RLCCVOL|IIL|nm&1IRLILMIOH|IIL|m|IIL|当所有OC门中只有一个导通时，全部负载电流都流入导通的那个OC门，因而RL值不可太小，以确保流入导通OC门的电流不至于超过最大允许的ILM值。第61页/共88页62例2.4.4(P80-81)已知IOH=200A,ILM=16mA,n=2,m=9,m=3,VCC=5V|IIL|=1mA,IIH=40A.VOH(min)=3V,VOL(max)

31、=0.4V,计算RL的范围解：可取RL=1K第62页/共88页63当EN=0时，G输出P=0，D1导通，T2、T5都截止。VC2=0.9V T4、D都截止,这时从输出端Y看进去，呈现高阻，称为高阻态，或禁止态。三三态输出门电路（TS TS 门）&ENABY（1）三态输出门的结构及工作原理。相当于一个正常的二输入端与非门，称为正常工作状态。当EN=1时，G输出P=1，D1截止+VCCY123123D123D13ABT1R15T4TT2VC2pEN11GR2R3R41第63页/共88页64&ENABY&ENABYEN=1时:EN=0时:输出高阻态。Y=Z+VCCY123123D123D13ABT1

32、R15T4TT2VC2pEN11GR2R3R4EN=1时时:输出高阻态输出高阻态Y=Z EN=0时:第64页/共88页65三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。（a）组成单向总线，实现信号的分时单向传送.（b）组成双向总线，实现信号的分时双向传送。（2 2）三态门的应用第65页/共88页66574LS系列为低功耗肖特基系列。674AS系列为改进肖特基系列，它是74S系列的后继产品。774ALS系列为改进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品。TTL集成逻辑门电路系列简介1 17474系列为TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件。2 27474L系列为低功耗TTL系列，又称LTTL系列

33、。3 37474H系列为高速TTL系列。4 47474S系列为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。如图示。becbec第66页/共88页67第67页/共88页68TTL与非门举例74LS0074LS0074LS0074LS00是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4 4个2 2输入端与非门，共有1414个引脚。引脚排列图如图所示。逻辑功能：第68页/共88页691逻辑关系：（设VDD（VTN+|VTP|），且VTN=|VTP|）（1）当Vi=0V时，TN截止，TP导通。输出VOVDD。（2）当Vi=VDD时，TN导通，TP截止，输出VO0V。2.6.1、CMOS反相器的工作原理2.6 C2.6

34、 CMOS门电路门电路由N沟道增强型MOS和P沟道增强型MOS互补而成。第69页/共88页70VVVDDTPTNio当Vi=0=0V时，VGSN=0V0V=0V VTN，TN导 通，V VGSPGSP=10V-=10V-10V=0V,10V=0V,TP截止,I,ID D=0=0；输出VO=I=ID DR RONON=0=0V。设VDD（VTN+|VTP|），且VTN=|VTP|=2V,VDD=10VAY=A1VIVO0V10V10V0VAY0110第70页/共88页71（4）当5VVi8V，TP逐渐变为截止，TN导通（5）当Vi8V，TP截止，TN导通，输出Vo=0V。2电压传输特性：（设:V

35、DD=10V，VTN=|VTP|=2V）（1）当Vi2V，TN截止，TP导通，输出VoVDD=10V（2）当2VVi5V，TN开始导通，TP导通（3）当Vi=5V，两管都导通，Vo=（VDD/2）=5V。CMOS门电路的阈值电压VTH=VDD/2第71页/共88页72电压传输特性0.5VDDVoVIVDDVTN VTP VDD1/2VDDABCDEF电流传输特性iDVIVTN VTP VDD1/2VDDABCDEF第72页/共88页732.6.2CMOS反相器的输入特性和输出特性:输入特性：输入端绝缘，输入电流为0，输入端保护电路必须避免输入端悬空第73页/共88页74输出特性:VO=VOL时

36、CMOSCMOS反相器的工作状态由于导通内阻的影响，输出低电平时最大输出电流（灌电流）：第74页/共88页75输出高电平时的最大输出电流（拉电流）：V VO O=V VOH OH 时CMOSCMOS反相器的工作状态第75页/共88页762.6.4 其他类型的CMOS门电路CMOS与非门：P并N串1.CMOS与非门ABY00011011一、CMOS与非门和或非门1110第76页/共88页772.CMOS或非门CMOS或非门：P串N并ABY000110111000第77页/共88页78二、带缓冲级的CMOS门电路为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端

37、与非门电路第78页/共88页79ABYV8T6TT714T3T10T9TDDT2T5T简化画法：第79页/共88页80或非门电路：第80页/共88页81三、漏极开路的CMOS门电路（OD门）OD门电路结构特点：与OC门相同需外接上拉（负载）电阻和电源才能使用输出端可以并接（线与）常用于输出缓冲/驱动器中或用于输出电平的变换输出为低电平输出为低电平V VOLOL0.5v109)，传输门截止。第82页/共88页83反之，若C=1时：由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。Vi=0VVDDVGS1=VDDVi=VDD

38、0V，（10V2V0V）T1导通截止；VGS2=0VVi=0VVDD，（0V2V10V）T2截止导通。T1、T2至少有一个门导通，VO=Vi，信号可以传输过来。第83页/共88页84利用利用CMOS传输门和传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。模拟开关的基本电路是由化的模拟电压信号。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和传输门和一个一个CMOS反相器组成的，也是

39、双向器件。反相器组成的，也是双向器件。VI/VoTGVo/VIC假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的导通内阻为RTG。当C=0时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断Vo=0。当C=1时，开关接通，输出电压为：电压传输系数第84页/共88页85五、CMOS三态门利用CMOS反相器附加一个PMOS管和一个NMOS管构成三态门电路特点：与TTLTTL三态门电路相同输出可并接-总线结构EN=0时，Y=AEN=1时，输出高阻态第85页/共88页861CMOS逻辑门电路的系列（1）基本的CMOS4000系列。（2）高速的CMOSHC系列。（3）与TTL兼容的高速CMOSHCT系列。2CMOS逻辑门

40、电路主要参数的特点（1）VOH（min）=0.9VDD；VOL（max）=0.01VDD。所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。（2）阈值电压Vth约为VDD/2。（3）CMOS非 门 的 关 门 电 平VOFF为 0.45VDD，开 门 电 平VON为0.55VDD。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45VDD。（4）CMOS电路的功耗很小，一般小于1 mW/门；（5）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，可达50。CMOS逻辑门电路的系列及主要参数第86页/共88页87 本章小结本章小结 1最简单的门电路是二极管与门、或门和三极管非门。它们是集成逻辑门电路的基础。

41、2目前普遍使用的数字集成电路主要有两大类，一类由NPN型三极管组成，简称TTL集成电路；另一类由MOSFET构成，简称MOS集成电路。3TTL集成逻辑门电路的输入级采用多发射极三级管、输出级采用达林顿结构，这不仅提高了门电路的开关速度，也使电路有较强的驱动负载的能力。在TTL系列中，除了有实现各种基本逻辑功能的门电路以外，还有集电极开路门和三态门。4MOS集成电路常用的是两种结构。一种是NMOS门电路，另一类是CMOS门电路。与TTL门电路相比，它的优点是功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与TTL接近，已成为数字集成电路的发展方向。5为了更好地使用数字集成芯片，应熟悉TTL和CMOS各个系列产品的外部电气特性及主要参数，还应能正确处理多余输入端，能正确解决不同类型电路间的接口问题及抗干扰问题。第87页/共88页88感谢您的观看！第88页/共88页